创建具有多部天线的移动设备涉及到一个极具挑战性的平衡过程。如果考虑到移动设备设计人员面对的所有因素,那么所需要考量的层面则过于繁杂。首先,移动设备带有分别用于蜂窝网络(低、中、高频段)、Wi-Fi、蓝牙、超宽带等多个频段的天线;除 RF的单一范围外,他们还必须应对更丰富功能和更小、更时尚设计间的权衡。
图 1:中、高 Wi-Fi 频段 Qorvo天线调谐器
使用 Qorvo 天线调谐器有助于优化这些频段中每个频段的天线性能;然而,增加调谐器确实要以牺牲天线效率为代价。因此,在设计中必须注意保证足够的天线效率及性能;这样做需要优化 PC 板的布局。Qorvo 提供了丰富的天线调谐组件选择,为广泛的应用带来最佳性能。策略性地安排 Qorvo 天线调谐器的位置,是为了充分利用其出色的 RF 性能特性来调谐中高频段频谱,并获得高效率。
【资料图】
如图 2所示,两块带有天线和天线调谐元件的 PC 板总共占用 195mm2的面积。我们的目标是将该面积减少 35%,同时满足峰值 RF 性能。下面,我们将解读如何利用效率与性能间的权衡来实现这一目标。
图 2:基线中高频段与 Wi-Fi 天线
vs占板面积缩减目标
中高频段(MHB)天线本身便是一项艰巨的设计挑战,而添加 Wi-Fi 2.4GHz 和 5GHz 天线使设计变得更加困难,此外还缩减了外形尺寸。因此,其归根结底是要采用最佳的元件才能优化天线的 PC 板占板面积。
在图 3中,我们可以看到 MHB 和 Wi-Fi 天线的 PC 板布局设计。这一经优化的布局设计让尺寸减少 35%,并实现同类最佳的 RF 信号范围。下面,让我们来分析一下移动设备设计师将如何同时获得 35% 的尺寸缩减和卓越的智能手机RF 范围。
图 3:中高频段和 Wi-Fi 移动天线解决方案
如表 1所示,每个调谐状态覆盖四个不同的蜂窝频段。我们设计的天线具备 3 个 RF 分支;其针对每个调谐状态覆盖四个蜂窝频段(MHB),以及 2.4GHz 和 5GHz 的 Wi-Fi 频段。
需要注意的是,图 3 所示的设计同时考虑了 MHB 和 Wi-Fi 频段。其中 1、3、40 和 7 频段以及 Wi-Fi 频段均同时工作;各部天线在每个蜂窝和 Wi-Fi 切换状态下也均能达到峰值性能,如下表所示。
表 1:MH 频段和 Wi-Fi 经调谐后同时运行
下面让我们仔细看下 MHB 和 2.4GHz 部分。如图 4所示,Qorvo 天线调谐器用于 MH 和 2.4GHz Wi-Fi 调谐。调谐器与电路板的组合布局优化了蜂窝及 Wi-Fi 2.4GHz 频段。
图 4:MHB 和 2.4GHz 天线调谐器及设计
U1 连接至这一区域,以补偿由 U2 调谐器引起的任何变化,从而保持 Wi-Fi 2.4GHz 频段的谐振。事实上,天线的这两个部分相互依存,二者共同工作以产生一个可调谐的谐振和两个恒定谐振,同时保持两个频段的效率处于峰值状态。
该天线结构的第三部分通过金属导线连接操作——如图中蓝色虚线框所示。这是一个覆盖 Wi-Fi 5GHz 频段的单极天线(图 5)。此 PC 板布局覆盖了 Wi-Fi 5GHz 频段的大带宽(5150 至 5850MHz)。
图 5:5GHz Wi-Fi 单极天线结构
为减少智能手机中天线区域的面积,我们使用了 Qorvo 天线复用器芯片组,以缩减成本及尺寸;见图 6。天线复用器结合了每个天线馈送源的三个不同 RF 信号。这种方法还减少了智能手机的 RF 辐射面积,从而减轻了干扰;此外,它还将三个独立的辐射器整合至一片很小的 PC 板区域。
图 6:带天线复用器的 MH、Wi-Fi 2.4GHz
和 5GHz 天线
使用天线复用器的主要优势包括:
减少 PCB尺寸
在所有所需频段均实现很高的辐射效率
那么,尺寸的减少和性能的增强是否会提高峰值性能?答案是肯定的;请参见图 7—— Qorvo 天线调谐器和天线复用器带来的尺寸缩减使效率得以提升。
图 7:MHB 和 Wi-Fi 的效率测量结果
对拥有更多功能且更小、更时尚产品的需求,使得智能手机及其它移动设备的设计变得日趋复杂。工程师们时常纠结于如何在优化性能的同时达成这些指标;此外,他们还需要加速推进设计进程以满足公司的上市时间要求。对此,Qorvo 将助您一臂之力。我们提供技术支持,以及全新或改进的下一代产品。借助天线调谐器和天线复用器,加上 PC 板设计指导,Qorvo 可以帮助您构建满足客户需求的设计。
原文转自Qorvo半导体